Hassas İşleme, yakın toleranslı yüzeyleri tutma sırasında bir iş parçasından malzemeyi çıkarma işlemidir. Hassas makinenin frezeleme, tornalama ve elektrik deşarjlı işleme dahil olmak üzere birçok türü vardır. Günümüzde hassas bir makine genellikle Bilgisayar Sayısal Kontrolleri (CNC) kullanılarak kontrol edilir.
Neredeyse tüm metal ürünler, plastik ve ahşap gibi diğer birçok malzeme gibi hassas işleme kullanır. Bu makineler uzman ve eğitimli makine operatörleri tarafından çalıştırılır. Kesici takımın işini yapabilmesi için, doğru kesimi yapmak üzere belirtilen yönlerde hareket ettirilmesi gerekir. Bu birincil harekete "kesme hızı" denir. İş parçası da hareket ettirilebilir, buna "besleme" ikincil hareketi denir. Bu hareketler ve kesici takımın keskinliği birlikte hassas makinenin çalışmasını sağlar.
Kaliteli hassas işleme, AutoCAD ve TurboCAD gibi CAD (bilgisayar destekli tasarım) veya CAM (bilgisayar destekli üretim) programları tarafından yapılan son derece özel planları takip etme becerisi gerektirir. Yazılım, bir araç, makine veya nesneyi üretmek için gereken karmaşık, 3 boyutlu diyagramları veya ana hatları üretmeye yardımcı olabilir. Bir ürünün bütünlüğünü korumasını sağlamak için bu planlara büyük bir ayrıntıyla uyulmalıdır. Çoğu hassas işleme şirketi bir tür CAD/CAM programıyla çalışsa da, yine de bir tasarımın ilk aşamalarında genellikle elle çizilmiş eskizlerle çalışırlar.
Hassas işleme, çelik, bronz, grafit, cam ve plastikler gibi birkaç malzeme üzerinde kullanılır. Projenin büyüklüğüne ve kullanılacak malzemelere bağlı olarak çeşitli hassas işleme araçları kullanılır. Torna tezgahları, freze makineleri, matkap presleri, testereler ve taşlayıcılar ve hatta yüksek hızlı robotiklerin herhangi bir kombinasyonu kullanılabilir. Havacılık endüstrisi yüksek hızlı işleme kullanabilirken, bir ahşap işleme aracı yapım endüstrisi foto-kimyasal aşındırma ve frezeleme işlemlerini kullanabilir. Bir çalışmanın veya belirli bir öğenin belirli bir miktarının üretimi binlerce olabilir veya sadece birkaç tane olabilir. Hassas işleme genellikle CNC cihazlarının programlanmasını gerektirir, bu da bunların bilgisayar sayısal olarak kontrol edildiği anlamına gelir. CNC cihazı, bir ürünün çalışması boyunca tam boyutların takip edilmesini sağlar.
Frezeleme, kesiciyi belirli bir yönde iş parçasına ilerletmek (veya beslemek) suretiyle iş parçasından malzeme çıkarmak için döner kesiciler kullanma işleme sürecidir. Kesici ayrıca aletin eksenine göre bir açıda tutulabilir. Frezeleme, küçük tek parçalardan büyük, ağır hizmet tipi çete frezeleme işlemlerine kadar çeşitli farklı işlemleri ve makineleri kapsar. Özel parçaları hassas toleranslara göre işlemek için en yaygın kullanılan işlemlerden biridir.
Frezeleme, çok çeşitli takım tezgahlarıyla yapılabilir. Frezeleme için orijinal takım tezgahı sınıfı freze makinesiydi (genellikle bir freze olarak adlandırılır). Bilgisayar sayısal kontrolünün (CNC) ortaya çıkmasından sonra, freze makineleri işleme merkezlerine dönüştü: freze makineleri otomatik takım değiştiriciler, takım dergileri veya karuselleri, CNC yeteneği, soğutma sistemleri ve muhafazalarla güçlendirildi. Frezeleme merkezleri genellikle dikey işleme merkezleri (VMC'ler) veya yatay işleme merkezleri (HMC'ler) olarak sınıflandırılır.
Frezelemenin tornalama ortamlarına entegrasyonu ve tam tersi, torna tezgahları için canlı takımlama ve tornalama işlemleri için ara sıra frezelerin kullanımıyla başladı. Bu, aynı çalışma zarfı içinde frezeleme ve tornalamayı kolaylaştırmak için özel olarak üretilen yeni bir takım tezgahı sınıfı olan çoklu görevli makinelere (MTM'ler) yol açtı.
Tasarım mühendisleri, Ar-Ge ekipleri ve parça tedarikine bağlı üreticiler için hassas CNC işleme, ek işleme olmadan karmaşık parçaların oluşturulmasına olanak tanır. Aslında hassas CNC işleme, genellikle bitmiş parçaların tek bir makinede yapılmasını mümkün kılar.
İşleme süreci, malzemeyi kaldırır ve bir parçanın nihai ve genellikle oldukça karmaşık tasarımını oluşturmak için çok çeşitli kesme araçları kullanır. Hassasiyet seviyesi, işleme araçlarının kontrolünü otomatikleştirmek için kullanılan bilgisayar sayısal kontrolünün (CNC) kullanımıyla artırılır.
Hassas işlemede "CNC"nin rolü
Kodlanmış programlama talimatları kullanılarak hassas CNC işleme, bir iş parçasının makine operatörünün manuel müdahalesine gerek kalmadan teknik özelliklere göre kesilmesine ve şekillendirilmesine olanak tanır.
Bir müşteri tarafından sağlanan bilgisayar destekli tasarım (CAD) modelini alan uzman bir makinist, parçayı işleme talimatlarını oluşturmak için bilgisayar destekli üretim yazılımını (CAM) kullanır. Yazılım, CAD modeline dayanarak hangi takım yollarının gerekli olduğunu belirler ve makineye şunları söyleyen programlama kodunu üretir:
■ Doğru RPM'ler ve besleme oranları nelerdir?
■ Aletin ve/veya iş parçasının ne zaman ve nereye taşınacağı
■ Ne kadar derin kesilmeli
■ Soğutma sıvısı ne zaman uygulanmalı
■ Hız, ilerleme hızı ve koordinasyonla ilgili diğer faktörler
Daha sonra bir CNC kontrolörü, programlama kodunu kullanarak makinenin hareketlerini kontrol eder, otomatikleştirir ve izler.
Günümüzde CNC, torna tezgahlarından, frezelerden ve yönlendiricilerden tel EDM'ye (elektrikli deşarj işleme), lazer ve plazma kesme makinelerine kadar çok çeşitli ekipmanların yerleşik bir özelliğidir. CNC, işleme sürecini otomatikleştirmenin ve hassasiyeti artırmanın yanı sıra manuel görevleri ortadan kaldırır ve makinistlerin aynı anda çalışan birden fazla makineyi denetlemesini sağlar.
Ek olarak, bir takım yolu tasarlanıp bir makine programlandığında, bir parçayı herhangi bir sayıda çalıştırabilir. Bu, yüksek düzeyde hassasiyet ve tekrarlanabilirlik sağlar ve bu da süreci oldukça uygun maliyetli ve ölçeklenebilir hale getirir.
İşlenmiş malzemeler
Yaygın olarak işlenen bazı metaller arasında alüminyum, pirinç, bronz, bakır, çelik, titanyum ve çinko bulunur. Ayrıca ahşap, köpük, fiberglas ve polipropilen gibi plastikler de işlenebilir.
Aslında, hassas CNC işleme ile hemen hemen her türlü malzeme kullanılabilir; elbette uygulamaya ve gereksinimlere bağlı olarak.
Hassas CNC işlemenin bazı avantajları
Üretilen ürünlerin geniş yelpazesinde kullanılan birçok küçük parça ve bileşen için hassas CNC işleme genellikle tercih edilen üretim yöntemidir.
Neredeyse tüm kesme ve işleme yöntemlerinde olduğu gibi, farklı malzemeler farklı davranır ve bir bileşenin boyutu ve şekli de işlem üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Ancak, genel olarak hassas CNC işleme süreci diğer işleme yöntemlerine göre avantajlar sunar.
Çünkü CNC işleme şu olanakları sunabilmektedir:
■ Yüksek düzeyde parça karmaşıklığı
■ Genellikle ±0,0002" (±0,00508 mm) ile ±0,0005" (±0,0127 mm) arasında değişen sıkı toleranslar
■ Özel yüzeyler de dahil olmak üzere olağanüstü pürüzsüz yüzey kaplamaları
■ Yüksek hacimlerde bile tekrarlanabilirlik
Nitelikli bir makine operatörü, kaliteli bir parçayı 10 veya 100 adetlik miktarlarda üretmek için manuel torna tezgahını kullanabilirken, 1.000 parçaya, 10.000 parçaya, 100.000 parçaya veya bir milyon parçaya ihtiyacınız olduğunda ne olur?
Hassas CNC işlemeyle, bu tür yüksek hacimli üretim için gereken ölçeklenebilirliği ve hızı elde edebilirsiniz. Ayrıca, hassas CNC işlemenin yüksek tekrarlanabilirliği, kaç parça ürettiğinizden bağımsız olarak, baştan sona aynı olan parçalar elde etmenizi sağlar.
Tel EDM (elektriksel deşarj işleme), eklemeli işleme ve 3D lazer baskı gibi CNC işlemenin bazı çok özel yöntemleri vardır. Örneğin, tel EDM iletken malzemeler (genellikle metaller) ve bir iş parçasını karmaşık şekillere aşındırmak için elektriksel deşarjlar kullanır.
Ancak burada, hassas CNC işleme için yaygın olarak kullanılan ve sıklıkla kullanılan iki çıkarma yöntemi olan frezeleme ve tornalama işlemlerine odaklanacağız.
Frezeleme ve tornalama
Frezeleme, malzemeyi çıkarmak ve şekiller oluşturmak için dönen, silindirik bir kesme aleti kullanan bir işleme sürecidir. Frezeleme ekipmanı, bir değirmen veya işleme merkezi olarak bilinir, işlenmiş metalin en büyük nesnelerinden bazılarında karmaşık parça geometrilerinden oluşan bir evren gerçekleştirir.
Frezelemenin önemli bir özelliği, kesici takım dönerken iş parçasının sabit kalmasıdır. Başka bir deyişle, bir frezede, dönen kesici takım, bir yatakta sabitlenmiş halde kalan iş parçasının etrafında hareket eder.
Tornalama, torna adı verilen bir ekipmanda bir iş parçasını kesme veya şekillendirme işlemidir. Tipik olarak, torna iş parçasını dikey veya yatay bir eksende döndürürken sabit bir kesme takımı (dönüyor olabilir veya olmayabilir) programlanmış eksen boyunca hareket eder.
Takım fiziksel olarak parçanın etrafından dolaşamaz. Malzeme döner ve takımın programlanmış işlemleri gerçekleştirmesine olanak tanır. (Ancak, takımların makaralı bir tel etrafında döndüğü bir torna alt kümesi vardır, ancak bu burada ele alınmamıştır.)
Tornada, frezelemenin aksine, iş parçası döner. Parça stoğu torna tezgahının milinde döner ve kesici takım iş parçasıyla temas ettirilir.
Manuel ve CNC işleme
Hem frezelerin hem de torna tezgahlarının manuel modelleri mevcut olsa da, CNC makineleri küçük parça üretimi amaçları için daha uygundur; sıkı toleranslı parçaların yüksek hacimli üretimini gerektiren uygulamalar için ölçeklenebilirlik ve tekrarlanabilirlik sunar.
Takımın X ve Z eksenlerinde hareket ettiği basit 2 eksenli makineler sunmanın yanı sıra, hassas CNC ekipmanları iş parçasının da hareket edebildiği çok eksenli modelleri içerir. Bu, iş parçasının sadece dönmekle sınırlı olduğu ve takımların istenen geometriyi oluşturmak için hareket ettiği bir torna tezgahının tersidir.
Bu çok eksenli yapılandırmalar, makine operatöründen ek iş gerektirmeden tek bir işlemde daha karmaşık geometrilerin üretilmesine olanak tanır. Bu, yalnızca karmaşık parçaların üretilmesini kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda operatör hatası olasılığını da azaltır veya ortadan kaldırır.
Ayrıca hassas CNC işlemede yüksek basınçlı soğutma sıvısının kullanılması, dikey konumdaki bir iş mili kullanıldığında bile talaşların işleme alanına girmesini engeller.
CNC frezeler
Farklı freze makineleri boyutları, eksen yapılandırmaları, ilerleme oranları, kesme hızları, freze ilerleme yönü ve diğer özellikleri bakımından farklılık gösterir.
Ancak genel olarak, CNC frezelerin hepsi istenmeyen malzemeleri kesmek için dönen bir mil kullanır. Çelik ve titanyum gibi sert metalleri kesmek için kullanılırlar ancak plastik ve alüminyum gibi malzemelerle de kullanılabilirler.
CNC frezeler tekrarlanabilirlik için üretilmiştir ve prototiplemeden yüksek hacimli üretime kadar her şey için kullanılabilir. Yüksek hassasiyetli CNC frezeler genellikle ince kalıp ve kalıpların frezelenmesi gibi sıkı toleranslı işler için kullanılır.
CNC frezeleme hızlı bir geri dönüş sağlayabilirken, frezelenmiş son işlem, görünür takım izlerine sahip parçalar oluşturur. Ayrıca bazı keskin kenarlar ve çapaklar içeren parçalar da üretebilir, bu nedenle kenarlar ve çapaklar bu özellikler için kabul edilemezse ek işlemler gerekebilir.
Elbette, sıraya programlanmış çapak alma aletleri çapak alma işlemini yapacaktır, ancak genellikle bitmiş parça gereksiniminin en fazla %90'ını karşılar ve bazı özellikleri son elle bitirmeye bırakır.
Yüzey kalitesine gelince, sadece kabul edilebilir bir yüzey kalitesi değil, aynı zamanda iş ürününün bazı kısımlarında ayna benzeri bir kalite de üretecek aletler mevcuttur.
CNC freze çeşitleri
Freze makinelerinin iki temel tipi vardır: Dikey işleme merkezleri ve yatay işleme merkezleri. Buradaki temel fark, makine milinin yönelimindedir.
Dikey işleme merkezi, mil ekseninin Z ekseni yönünde hizalandığı bir frezedir. Bu dikey makineler iki türe daha ayrılabilir:
■ Milin kendi eksenine paralel hareket ettiği, tablanın ise milin eksenine dik hareket ettiği yatak frezeleri
■ Milin sabit olduğu ve tablanın kesme işlemi sırasında her zaman milin eksenine dik ve paralel olacak şekilde hareket ettirildiği taret frezeler
Yatay bir işleme merkezinde, frezenin mil ekseni Y ekseni yönünde hizalanır. Yatay yapı, bu frezelerin makine atölyesinde daha fazla yer kaplaması anlamına gelir; ayrıca genellikle dikey makinelerden daha ağır ve daha güçlüdürler.
Daha iyi bir yüzey kalitesi gerektiğinde genellikle yatay freze kullanılır; bunun nedeni, milin yöneliminin kesme talaşlarının doğal olarak düşmesi ve kolayca çıkarılması anlamına gelmesidir. (Ek bir fayda olarak, verimli talaş kaldırma, takım ömrünün artmasına yardımcı olur.)
Genel olarak, dikey işleme merkezleri daha yaygındır çünkü yatay işleme merkezleri kadar güçlü olabilirler ve çok küçük parçaları işleyebilirler. Ayrıca, dikey merkezlerin ayak izi yatay işleme merkezlerinden daha küçüktür.
Çok eksenli CNC frezeler
Hassas CNC freze merkezleri birden fazla eksenle mevcuttur. 3 eksenli bir freze, çok çeşitli işler için X, Y ve Z eksenlerini kullanır. 4 eksenli bir freze ile makine dikey ve yatay eksende dönebilir ve daha sürekli işleme sağlamak için iş parçasını hareket ettirebilir.
5 eksenli bir frezede üç geleneksel eksen ve iki ek döner eksen bulunur ve bu, iş parçasının mil başı etrafında hareket ettikçe döndürülmesini sağlar. Bu, iş parçasının beş tarafının iş parçasını çıkarmadan ve makineyi sıfırlamadan işlenmesini sağlar.
CNC torna tezgahları
Torna tezgahı — ayrıca tornalama merkezi olarak da adlandırılır — bir veya daha fazla mile ve X ve Z eksenlerine sahiptir. Makine, çeşitli kesme ve şekillendirme işlemlerini gerçekleştirmek için bir iş parçasını ekseninde döndürmek ve iş parçasına çok çeşitli takımlar uygulamak için kullanılır.
Canlı aksiyon takım tezgahları olarak da adlandırılan CNC torna tezgahları, simetrik silindirik veya küresel parçalar oluşturmak için idealdir. CNC frezeler gibi CNC torna tezgahları da prototipleme gibi daha küçük işlemleri halledebilir ancak aynı zamanda yüksek tekrarlanabilirlik için ayarlanabilir ve yüksek hacimli üretimi destekler.
CNC torna tezgahları nispeten el değmeden üretim için de kurulabilir, bu da onları otomotiv, elektronik, havacılık, robotik ve tıbbi cihaz endüstrilerinde yaygın olarak kullanılır hale getirir.
CNC torna tezgahı nasıl çalışır?
CNC torna tezgahında, stok malzemeden boş bir çubuk torna tezgahının milinin aynasına yüklenir. Bu ayna, mil dönerken iş parçasını yerinde tutar. Mil gereken hıza ulaştığında, sabit bir kesme aleti malzemeyi çıkarmak ve doğru geometriyi elde etmek için iş parçasıyla temas ettirilir.
Bir CNC torna tezgahı delme, diş açma, delme, raybalama, yüzleştirme ve konik tornalama gibi bir dizi işlemi gerçekleştirebilir. Farklı işlemler takım değişiklikleri gerektirir ve maliyeti ve kurulum süresini artırabilir.
Gerekli tüm işleme işlemleri tamamlandığında, parça, gerekirse daha fazla işleme için stoktan kesilir. CNC torna tezgahı daha sonra işlemi tekrarlamaya hazır hale gelir ve arada genellikle çok az veya hiç ek kurulum süresi gerekmez.
CNC torna tezgahları ayrıca çeşitli otomatik çubuk besleyicileri de barındırabilir; bu da ham madde elleçleme miktarını azaltır ve aşağıdaki gibi avantajlar sağlar:
■ Makine operatörünün ihtiyaç duyduğu zaman ve çabayı azaltın
■ Hassasiyeti olumsuz etkileyebilecek titreşimleri azaltmak için çubuk stoğu destekleyin
■ Takım tezgahının optimum mil hızlarında çalışmasını sağlayın
■ Değişim sürelerini en aza indirin
■ Malzeme israfını azaltın
CNC torna tezgahlarının çeşitleri
Torna tezgahlarının birçok farklı türü vardır ancak en yaygın olanları 2 eksenli CNC torna tezgahları ve Çin tipi otomatik torna tezgahlarıdır.
Çoğu CNC Çin torna tezgahı bir veya iki ana mil artı bir veya iki arka (veya ikincil) mil kullanır ve döner transfer birincisinden sorumludur. Ana mil, bir kılavuz burcunun yardımıyla birincil işleme işlemini gerçekleştirir.
Ayrıca bazı Çin tipi torna tezgahları CNC freze görevi gören ikinci bir takım kafasıyla donatılmıştır.
CNC Çin tarzı otomatik torna tezgahında, stok malzemesi kayan başlıklı bir milden kılavuz burca beslenir. Bu, aletin malzemeyi, malzemenin desteklendiği noktaya daha yakın kesmesini sağlar ve bu da Çin makinesini özellikle uzun, ince tornalanmış parçalar ve mikro işleme için faydalı hale getirir.
Çok eksenli CNC torna merkezleri ve Çin tarzı torna tezgahları, tek bir makine kullanarak birden fazla işleme işlemini gerçekleştirebilir. Bu, geleneksel bir CNC freze gibi ekipman kullanılarak birden fazla makine veya takım değişikliği gerektirecek karmaşık geometriler için uygun maliyetli bir seçenek haline getirir.